Тугнуйский угленосный район

Общие сведения. Тугнуйский угленосный район расположен в одноименной депрессии в 60—90 км к югу от трассы Транссибирской железнодорожной магистрали на территории Бурятии, а самая восточная оконечность ее находится в пределах Петровско-Забайкальского района Читинской области. Морфологически депрессия приурочена к долине рч. Тугнуй, одного из правых притоков р. Хилок, и простирается в субширотном направлении почти на 115 км от р. Хилок на западе до р. Олонь-Шибирь — на востоке, имея ширину 4—12 км (рис. 9).

С северной стороны депрессия ограничена горами хребта Цаган-Дабана, а с южной — отрогами хребта Заганского (Тугнуйские горы).

Восточная часть депрессии пересекается Верхнеудинским трактом — шоссейной дорогой, соединяющей г. Петровск-Забайкальский с с. Мухор-Шибирь. В средней части она пересекается Мухор-Шибирским трактом, проложенным от г. Улан-Удэ на Мухор-Шибирь, через села Тарбагатай, Барулус, Улан, Туя. Вдоль депрессии пролегает сеть грунтовых проселочных дорог, значительная часть которых в дождливое время становится непроезжей для автотранспорта. Только восточная оконечность депрессии имеет выход к железной дороге в виде сравнительно неширокой долины протяженностью около 30 км, прорезающей горный хребет Цаган-Дабан по направлению к ст. Петровский завод.

Гидросеть района развита очень слабо вследствие общей сухости климата (годовое количество осадков 280—320 мм). Основная рч. Tyгнуй маловодная, летом пересыхающая, а зимой перемерзающая. Перед впадением в р. Хилок она сливается с р. Сухарой.

Климат района резко континентальный с отрицательной годовой температурой воздуха (—1,9°С). Ветры западные и северо-западные по направлению, умеренные, весной сильные. На ряде участков депрессии развита островная вечная мерзлота, относящаяся к влажному типу.

В Тугнуйской долине и в долине р. Сухары расположен ряд крупных и мелких сел (Харауз, Никольское, Новая Брянь, совхоз Эрдэм, Хонхолой, Галгатай, Долга, Хара-Шибирь, Мухор-Шибирь, Нов. Заган и др.).

Краткий обзор истории геологических исследований. Первые исследования геологического строения района Тугнуйской депрессии были проведены А. А. Малязкиным в 1930—1931 гг. В 1935—1936 гг. В.Н. Верещагиным были выявлены в долине р. Тугнуй три месторождения: Xaраузское (ныне южная оконечность Олонь-Шибирского месторождения), Шангинское (небольшой участок северной части Эрдемского месторождения) и Худайцевское (северо-западная часть Эрдемского месторождения) с суммарными запасами угля по категории C1 в количестве 50—55 млн. т и по категории C2 300 млн т.

В 1937—1940 гг. активное участие в работах принимают Ю.И. Деев, Д.Г. Румянцева, В.А. Марина, О.В. Одинцов и др.

В 1941—1942 гг. Тугнуйская партия Иркутского геологического управления под руководством А.Е. Потапенкова провела первые разведочные работы на Хараузском месторождении и подсчитала запасы углей по категориям А + В + C1 в количестве 7,7 млн т.

В 1945—1946 гг. Б.А. Иванов продолжил геологическую съемку Тугнуйской депрессии. Им был установлен нижнемеловой возраст угленосной толщи и подтверждены выводы В.Н. Верещагина об угленосности. Начиная с 1952 г. месторождения Тугнуйской впадины в течение ряда лет разведывались геологоразведочными партиями треста «Иркутскуглегеология» и Бурятского геологического управления под руководством В.П. Плотникова, при участии Б.М. Базарова, Н.И. Россова, И.Я. Кондваловой, К.Е. Мизерного и др. В 1954—1955 гг. установлена промышленная ценность центральной части Эрдемской структуры, а в 1956 г. выявлена перспективная Олонь-Шибирская продуктивная структура, детальная разведка которой начата в 1957 г.

В 1957—1958 гг. производилась поисковая разведка на площади Эрдем-Галгатайской мульды, где были выявлены новые крупные угленосные месторождения, как, например, Никольское, пригодное к разработке открытым способом. В это же время была начата поисково-рекогносцировочная проверка угленосности Заганской, Хара-Шибирской и Цолгинской площадей. В 1961 г. Бурятское геологическое управление завершило поисковые и детальные геологоразведочные работы в долине р. Тугнуй. Параллельно с геологоразведочными работами здесь проводились геологические и гидрогеологические съемки, сбор и изучение ископаемой флоры и фауны, в которых участвовали В.А. Новиков, В.В. Климочкин, В.М. Скобло, В.И. Панов, В. Сизых, Г.Г. Мартинсон, Ч.М. Колесников, Р.З. Генкина, А.А. Померанцева и др.

В итоге проведения комплекса геологических и разведочных работ существенно уточнены геологическое строение Тугнуйской депрессии и действительные масштабы угленосности. Подсчитанные в 1960—1961 гг. запасы длиннопламенных углей депрессии составили около 1,5 млрд т.

Стратиграфия. В геологическом строении Тугнуйского угленосного района и его горного обрамления участвует сложный комплекс протерозоя, нижнего палеозоя и мезозоя (рис. 10).

Протерозой, нижний кембрий представлены гнейсами и кристаллическими пара- и ортосланцами, образующими островки — ксенолиты в гранитных массивах хребтов Цаган-Дабан и Заганского.

Палеозой представлен гранитами и гранитоидами Джидинской интрузии и их жильно-дайковыми дериватами, слагающими основную часть обоих горных хребтов, а также фундамент Тугнуйской депрессии. Мезозойские отложения подразделяются на эффузивно-туфогенный комплекс пород и серию угленосных осадков тугнуйской, эрдемской и галгатайской свит, выполняющих Тугнуйскую депрессию.

Эффузивно-туфогенный комплекс расчленяется В.А. Новиковым на три свиты: 1) петропавловскую (основных и среднего состава эффузивов), туфов и туффитов; 2) цаган-хунтейскую (эффузивов преимущественно кислого состава); 3) хилокскую (основных эффузивов с двумя горизонтами конгломератов и конгломератов с песчаниками); березовская и новоспасская свиты (по В.И. Панову). Возраст хилокской свиты, по данным В.И. Панова, среднеюрский. Мощность эффузивно-туфогенного комплекса с конгломератами 700—1500 м.

Разрез угленосной тугнуйской серии представлен обычным для мезозоя Забайкалья чрезвычайно пестрым набором озерно-речных, озерно-болотных и делювиальных фаций.

Угленосная серия представлена в основном разнообразными песчаниками, составляющими 2/3 мощности серии, и алевролитами (1/5 часть общей мощности), аргиллиты образуют лишь маломощные прослойки и линзы среди других пород. Конгломераты с прослоями гравелитов и песчаников образуют два невыдержанных маломощных горизонта в основании толщи и в верхней части с весьма ограниченным развитием их по площади. Породы тугнуйской серии отличаются от гусино-озерской большей плотностью, лучшей цементацией и более темной окраской.

Тугнуйская серия подразделяется (снизу вверх) на тугнуйскую, эрдемскую и галгатайскую свиты (см. рис. 10).

Тугнуйская свита мощностью 265—370 м на отдельных участках по литологическим признакам и степени угленасыщенности может быть подразделена на две подсветы: базальную и угленосную. Базальная подсвита представлена конгломератами, гравелитами и грубозернистыми песчаниками с прослоями алевролитов, содержащих остатки папоротников, гинкговых, хвойных и саговых. Она залегает на размытой поверхности доюрских кристаллических пород и согласно на породах хилокской свиты. Местами туфоалевролиты хилокской свиты фациально переходят в конгломераты и песчаники. Базальная подсвита развита не повсеместно; она встречена на Олонь-Шибирском, Никольском, Шангинском и Галгатайском месторождениях рассматриваемой депрессии. Возраст считается среднеюрским. Мощность колеблется от 5 до 50 м. Угленосная подсвита залегает в одних случаях согласно на породах базальной подсвиты, в других — на размытой поверхности туфоалевролитов хилокской свиты и на кристаллических породах доюрского возраста.

Подсвита в пределах Олонь-Шибирского, Никольского и Эрдем-Галгатайского месторождений сложена песчаниками и гравелитами с прослоями аргиллитов, углистых аргиллитов и пластами угля. В подсвите заключено от 10—12 до 23—30 пластов, пропластков и линз каменного угля различной мощности и строения. В большом количестве присутствуют остатки пресноводных моллюсков, по которым устанавливается среднеюрский возраст.

Палеонтологические сборы позволили установить, что по стратиграфическому объему тугнуйская свита соответствует букачачинской свите Г.Г. Мартинсона среднеюрского возраста.

Эрдемская безугольная свита залегает на тугнуйской угленосной свите с местными размывами; мощность ее 200—220 м, представлена она гравелитами, грубо- и разнозернистыми песчаниками с прослоями алевролитов и немногочисленными тонкими прослоями углистых алевролитов, аргиллитов и линзочками каменного угля. Свита распространена только в пределах Эрдем-Галгатайской площади. На Олонь-Шибирской и Никольской площадях (восток депрессии) она размыта.

Судя по комплексу ископаемой фауны, возраст свиты относится к концу средней и началу поздней юры. По положению в разрезе она сопоставляется с нижней частью улангангинской свиты Г.Г. Мартинсона.

Галгатайская безугольная свита залегает на размытой поверхности эрдемской и тугнуйской свит; мощность ее 100—400 м; она представлена брекчиями, фангломератами, конгломератами, гравелитами, грубо- и разнозернистыми песчаниками. В верхней части ее залегает несколько слоев горючих сланцев и алевролитов (тургинских, или «рыбных») с фауной гастропод, филлопод, рыб и отпечатками насекомых. В составе крупного обломочного материала конгломератов и брекчий присутствуют обломки подстилающих свит угленосной серии.

Свита распространена только в пределах Цолгинской и Эрдем-Галгатайской площадей (западная половина Тугнуйской депрессии). Наиболее полный разрез ее вскрыт скважинами в районе р. Галгатай.

Галгатайская свита как по фациальному составу, так и по составу ископаемой фауны сопоставляется со средней и верхней частями улангангинской свиты Г.Г. Мартинсона.

По данным Д.В. Обручева, В.С. Заспеловой и А.А. Померанцевой, возраст галгатайской свиты датируется как поздняя юра, возможно до низов раннего мела.

Осадочные породы ранне- и позднечетвертичного времени (галечники, пески, суглинки, супеси и глины) образуют почти повсеместно развитый покров озерно-речного, пролювиадьного и элювио-делювиального происхождения. Местами этот покров достигает мощности 85—105 м (полоса вдоль южного борта Тугнуйской депрессии).

Некоторыми исследователями в последнее время высказывается предположение, что нижняя часть разреза этих отложений имеет, вероятно, неогеновый возраст, подобно неогеновым конгломератам Гусиноозерско-Загустайской депрессии.

Изверженные породы. Среди кристаллических массивов хребтов Цаган-Дабана и Заганского развита серия магматических пород комплекса малых мезо-кайнозойских интрузий (верхний мел — палеоген). Жилы и дайки лампрофиров, фельзитов, порфиров, базальтов этого комплекса прорывают также толщу осадочных пород угленосной серии, образуя в ней сеть секущих и пластообразных тел типа силлов и пластовых жил с многочисленными апофизами, активно воздействующими на вмещающие осадочные породы, вызывая ококсование угля.

Кроме мезо-кайнозойских интрузий в Тугнуйской депрессии развиты базальты неоген-четвертичного возраста, залегающие в виде покровов.

Тектоника. Материалы геологических съемок и геологоразведочных работ В.А. Новикова, В.И. Панова, А.В. Михелиса позволяют рассматривать современную Тугнуйскую межгорную впадину как одну из многочисленных в Забайкалье структур сложного глыбово-складчатого типа, возникших в конце палеозоя — начале мезозоя на первоначальных синклинальных прогибах кристаллического фундамента, впоследствии осложненных более или менее крупными краевыми разломами. Прогиб представляет одну из разновидностей классического грабена с опущенным центральным блоком долины Тугнуя относительно «горстовых» блоков окружающих его горных хребтов по двум краевым разломам субширотного простирания. Однако явно складчатые формы залегания мезозойских отложений, выполняющих прогиб и характер взаимоотношения угленосной серии с подстилающим комплексом юрских эффузивно-туфогенных пород, свидетельствуют о складчатой природе прогиба.

Угленосная серия образует довольно крупную синклиналь первого порядка, почти широтного простирания, подобную Гусиноозерско-Загустайской: падение пород в ней имеет преобладающее направление от северного борта к южному. Основная структура осложнена поперечной гофрировкой, в результате чего образовалось несколько дополнительных пологих брахисинклинальных складок второго и более мелких порядков, разделенных небольшими антиклинальными поднятиями. Складчатая структура осложнена серией крупных, средних и мелких разрывных нарушений северо-восточного и северо-западного простирания (см. рис. 9).

В результате этого в пределах Тугнуйской депрессии образовались Олонь-Шибирская (крайняя восточная), Никольская, Шангинская, Эрдем-Галгатайская угленосные мульды и безугольная пологая Цолгинская мульда на крайнем западе депрессии, разделенные бoлee или менее заметными поперечными поднятиями фундамента.

Угленосность. Распределение пластов угля и углистых пород по стратиграфическому разрезу и по площади отличается крайней неравномерностью. В Олонь-Шибирской и Никольской мульдах суммарная мощность пластов угля составляет 30—50% мощности всей продуктивной части угленосной серии, на других участках, составляющих значительную часть площади депрессии, угли отсутствуют или представлены маломощными пропластками.

Рассматривая изменение угленосности всей депрессии, нельзя не заметить существования определенной закономерности, выражающейся в возрастании общей угленасыщенности тугнуйской серии в направлении с запада на восток — от практически безугольной Цангинской площади к Олонь-Шибирской мульде, характеризующейся максимальной насыщенностью пластами угля (см. рис. 10). Значительная часть пластов угля характеризуется сложным строением.

В западной части Эрдем-Галгатайской мульды развита только нижняя часть тугнуйской свиты с двумя пластами угля: Тугнуйским и Невыдержанным мощностью от. 1,5 до 6,0 м. Верхняя часть ее здесь размыта и на размытой поверхности нижних слоев залегают непродуктивные отложения эрдемской и галгатайской свит. В восточной части мульды в тугнуйской свите установлено до 15 пластов и пропластков, из которых 3 представляют промышленный интерес. Их рабочая мощность колеблется от 1,3—7,1 до 27,1 м. На крайнем востоке мульды в тугнуйской свите залегает 9 пластов угля, в том числе 4 мощностью от 1,3—7,6 до 37,9—53,5 м. В пределах Олонь-Шибирской мульды в тугнуйской свите вскрыто 30 пластов и пропластков угля, из которых 22 пласта представляют промышленный интерес, их суммарная мощность достигает 46,6 м, а мощность отдельных пластов в среднем колеблется от 1,3—3,5 до 10,1—19,2 м.

Характеристика качества углей. По своим химическим показателям и технологическим свойствам угли рассматриваемой депрессии гумусовые, длиннопламенные (Д) и приближающиеся к газовым (ДГ), с небольшой примесью сапропелевого материала лишь в редких пластах и на ограниченных участках.

По данным Л.П. Нефедьевой, в Тугнуйской депрессии наиболее распространены полуматовые и полублестящие тонкополосчатые угли типа кларенов и дюрено-кларенов, состоящие из прозрачной основной массы с небольшим количеством липоидных компонентов (ко-ровые ткани и микроспоры). В восточной части Тугнуйской депрессии (Олонь-Шибирское месторождение) встречается, кроме того, матовый тонкополосчатый горизонтально-слоистый уголь, по микроструктуре представляющий собой ксилено-фюзеновый дюрен. Угли черные, с черной чертой, плотные, хрупкие, весьма кливажированные. Удельный вес углей 1,5; объемный 1,4—1,45.

Содержание фосфора в угля обычно не превышает сотых долей процента, иногда достигает десятых долей.

Сера в основном органическая; сульфатная сера составляет не более 2—5%, а содержание пиритной серы местами достигает 25—30 и 49% (некоторые разности углей Олонь-Шибирского месторождения) от общего содержания этого элемента.

Гуминовые кислоты в углях зоны активного поверхностного окисления (15—18 м) содержатся в количестве 12—18% и более; в углях зоны глубинного окисления (до 160—170 м) содержание гуминовых кислот понижается до 1,5—2,5% и менее.

Зола тугнуйских углей, в отличие от золы гусиноозерских бурых углей, обычно серая, частично порошкообразная сплавленная, ноздреватая, шлаковидная. Химический состав золы (по 166 пробам) Олонь-Шибирского, Никольского и Эрдем-Галгатайского месторождений следующий (%): SiO2 18,6-72,7/57,6; Al2O3 8,3-39,2/21,9; Fe2O 1,3-24,7/4,4; СаО 0,9-34б7/6б1; MgO 0,6-7,5/1,7; SO3 0,2-13,0/2,7.

Результаты полукоксования углей Олонь-Шибирского и Никольского месторождений приведены в табл. 16.

Опытами установлена средняя и трудная обогатимость углей. Однако в массе товарный уголь дает от 63 до 93% концентрата с зольностью 6—11%. К самостоятельному коксованию угли непригодны. Ho в шихте с коксовыми жирными углями Чульманского месторождения Южной Якутии (24%), коксовыми отощенными углями Нерюнгринского месторождения (36%), углями Никольского месторождения (40%) дали кокс с остатком в барабане 329 кг и коксовой мелочи в подбарабанном продукте 48 кг (при нормативе 25—40 кг). Тугнуйские угли признаны пригодными для коксования в качестве отощающей добавки в коксовой шихте в количестве не более 30—35 %.

Петрографические исследования показали, что спекаемость тугнуйских углей связана с микрокомпонентами группы витринита, составляющими до 60—70% основной массы. Микрокомпоненты группы семивитринита составляют 14—18%, а суберинитовые (коровые) ткани 2,5—3,5%.

Опыты по газификации тугнуйских углей не производились. Однако, судя по хорошим результатам газификации схожих по качеству букачачинских углей, тугнуйские угли должны эффективно газифицироваться в стационарных генераторах высокого давления.

Таким образом, товарный уголь Тугнуйской долины может использоваться в следующих основных направлениях: 1) энергетическое и бытовое топливо; 2) кузнечно-ваграночное топливо; 3) в качестве присадки в коксовую шихту; 4) сырье для получения промышленного и бытового «сухого» газа.

Опыт хранения углей Олонь-Шибирского месторождения в течение почти полного годового цикла указывает на достаточно высокую их стойкость.

Гидрогеологические условия. Согласно данным многолетних гидрогеологических и режимных исследований и наблюдений, включая гидрогеологическую съемку, Тугнуйская межгорная впадина представляет собой артезианский бассейн с серией водоносных горизонтов, содержащих большие запасы пресных, слабо- и среднеминерализованных, гидрокарбонатно-кальциевых и кальциево-магниевых вод, отчасти пластово-порового, но главным образом пластово-трещинного и трещинного типов.

Запасы подземных вод создаются инфильтрационными водами поверхностных водотоков, трещинными водами эффузивно-туфогенного комплекса и трещинными водами кристаллических пород горного обрамления депрессии.

Водообильность пород угленосной серии высока. Некоторые скважины фонтанируют при напорах от 0,9 до 1,8 м от поверхности депрессии. Уровень стояния подземных вод находится на отметках в 3—6 м от поверхности. Коэффициент фильтрации от 0,02—0,03 до 0,2—0,3 м/сутки, местами 1,5—1,8 м/сутки. Наивысшие коэффициенты фильтрации от 3,5 до 4,5 м/сутки наблюдаются по пластам угля (Никольское и Олонь-Шибирское месторождения).

Ожидаемые водопритоки в Олонь-Шибирском углекарьере составят 110—120 м3/час, а при сезонных повышениях — максимум 280— 350 м3/час (по расчету). Наиболее водообильной является Никольская мульда, где притоки из надугольного горизонта колеблются от 6 до 20 л/сек. Ожидаемые водопритоки в будущий карьер здесь составят от 600 до 870 м3/час.

Из-за отсутствия крупных поверхностных водоемов водоснабжение должно базироваться на трещинных водах зоны южных прибортовых разломов.

Горнотехнические условия эксплуатации. Условия вскрытия и разработки угольных месторождений долины р. Тугнуй следует расценивать как весьма благоприятные по всем основным показателям и в особенности для Никольского и Олонь-Шибирского месторождений. Большая часть запасов последних пригодна к открытой разработке. Крупные (по забайкальским масштабам) запасы месторождений, еще не затронутые эксплуатацией, позволяют проектировать и закладывать карьеры и шахты повышенной мощности — от 900 тыс. т до 1,5—2 млн. т в год. Штольневые запасы углей в долине р. Тугнуй отсутствуют.

Пласты угля на Эрдемском и Олонь-Шибирском месторождениях имеют пологое залегание. Крутые падения пластов отмечаются лишь в узких полосах близ разрывных нарушений (сбросов и взбросов), на участках непригодных к отработке.

По механическим свойствам угли и вмещающие породы угленосной толщи Тугнуйской депрессии относятся к V и VI категориям по шкале М.М. Протодьяконова. При разработке углей потребуется применение взрывных работ для рыхления их перед экскавацией.

Явлений пучения боковых пород в процессе геологоразведочных работ не установлено; даже аргиллиты не склонны к набуханию при увлажнении, а плывунов в угленосных отложениях вообще не встречено.

Содержание свободного кремнезема в породах угленосной толщи превышает безопасный по силикозу предел в 10% в песчаниках и некоторых алевролитах. Поскольку эти породы являются преобладающими в разрезе угленосных отложений рассматриваемого района (около 75—80%), то проходка горных выработок по породам будет связана с опасностью силикоза.

При ведении геологоразведочных работ на месторождениях Тугнуйской депрессии не замечено существенных газовыделений метана и окиси углерода.

Относительно повышенная плотность и устойчивость вмещающих пород, а также пониженная их водообильность позволяют полагать, что гидрогеологические и инженерно-геологические условия проходки траншей углекарьеров и стволов шахт на месторождениях долины р. Тугнуй будут достаточно благоприятными и применение специальных методов проходки и крепления выработок, по-видимому, не потребуется.

Запасы углей. Геологоразведочные работы в Тугнуйском угленосном районе практически завершены в 1961 г. В табл. 17 приводятся учтенные запасы углей по состоянию на 1/I 1967 г. как по отдельным месторождениям, так и по району в целом до глубины 300 м.

В соответствии с планом развития народного хозяйства Бурятии и Читинской области на ближайшее пятнадцатилетие предусматривается первоочередное промышленное освоение Олонь-Шибирского и Никольского карьерных полей мощностью до 4 млн. т в год каждый.

Эрдем-Галгатайское месторождение расценивается в качестве дальнего резерва для закладки 3—4 вертикальных шахт большой мощности (до 1—1,5 млн. т в год каждая).

Для выявления действительной промышленной значимости Цолгинской, Заганской и Хара-Шибирской площадей следует провести на них разведочные работы на уровне предварительной разведки, что позволит уточнить действительную угленасыщенность и выявить новые участки для открытых работ.